Что влияет на приливы и отливы
Патофизиология вегетативно-сосудистых пароксизмов (приливы) в период менопаузы у женщин и механизмы воздействия b-аланина. Новая клинико-фармакологическая концепция
Опубликовано в журнале:
«ГИНЕКОЛОГИЯ»; ТОМ 12; № 2; стр. 1-12.
Введение
Патофизиология приливов до сих пор не уточнена. Возможно, что недостаток эстрогенов в менопаузе так или иначе влияет на центр терморегуляции в головном мозге [2]. В репродуктивном возрасте женщины подавляющее количество эстрогенов синтезируется в яичниках, желтом теле и плаценте. Во время менопаузы уровни так называемых позитивных эстрогенов (например, 17-β-эстрадиола) постоянно падают, поэтому возрастает значение эстрогенов, синтезируемых в печени и надпочечниках. При наступлении менопаузы на фоне хронической надпочечниковой недостаточности появляются различные симптомы дезадаптации, в том числе и приливы. Применение синтетических эстрогенов может поддерживать уровни эстрогенов и в ряде случаев снижать интенсивность симптоматики приливов. В самом деле, метаанализ 24 исследований (более 3300 пациенток) указал на значительное уменьшение числа приливов и их интенсивности при использовании заместительной гормональной терапии (ЗГТ): относительный шанс (ОШ) 0,13; 95% доверительный интервал (ДИ) 0,07-0,23 [3]. Поэтому приливы являются наиболее распространенной причиной приема женщинами ЗГТ.
Хотя ЗГТ синтетическими эстрогенами приводит к уменьшению остроты и частоты приливов у 80-90% женщин, принимающих ЗГТ, некоторые пациентки не решаются на столь радикальное гормональное вмешательство [4]. Всем женщинам, страдающим раком молочной железы [5], яичников [6], матки [7], венозной тромбоэмболией [8] или имеющим семейную историю рака груди [5], следует категорически избегать применения эстрогеновых препаратов. Кроме того, не следует забывать, что эстроген-терапия имеет негативные последствия, такие как головная боль, избыточная задержка жидкости, болезненность молочных желез, маточные кровотечения [9].
Повышенный риск осложнений и серьезные побочные эффекты синтетических эстрогенов делают разработку альтернативных видов терапии приливов насущно необходимой [10]. Многочисленные исследования показывают возрастающую тенденцию не применять ЗГТ при умеренной симптоматике приливов. Все чаще используют эффективную модификацию диеты и образа жизни наряду с альтернативной фармакотерапией [11]. Шире применяют альтернативные фармакологические препараты: избирательные ингибиторы серотонина или норадреналина [12], габа-пентин (аналог ГАМК, используемый для лечения различных неврологических расстройств), вералиприд (антидопаминергик) [13] и клонидин (β-адреноблокатор). Некоторые нутриенты (токоферол [14]; омега-3-жирные кислоты [15], соевые изофлавоны/генистеин [16, 17]) также уменьшают симптоматику приливов. Альтернативные методы фармакотерапии, например селективные ингибиторы серотонина, снижают частоту и тяжесть приливов на 19-60% [18]. Габапентин показал снижение частоты и тяжести приливов на 20-30% по сравнению с плацебо [19].
Лечение приливов препаратом Клималанин производства компании «Бушара Рекордати» на основе β-аланина является альтернативным ЗГТ. Требованием времени остается поиск негормональных, но высокоэффективных фармакологических средств для патогенетического лечения приливов. Представляем систематический анализ [1] патофизиологии приливов [2] и молекулярных ролей препарата Клималанин, имеющих значение для терапии приливов.
Систематический анализ патофизиологии приливов и механизмов воздействия β-аланина
Наиболее разработанными являются три подхода к патофизиологическому объяснению приливов: вегетативный, абстинентный и гормонально-нейротрансмиттерный. Эти подходы отображают многообразие социальных, психологических и эндокринных факторов, вносящих свой вклад в этиологию приливов. Фармакологическое действие Клималанина невозможно напрямую объяснить, используя вегетативный и абстинентный подходы. Однако действие Клималанина на купирование вегетативной и так называемой абстинентной симптоматики все же объяснимо с точки зрения гормонально-нейротрансмиттерного подхода.
Вегетативная дисфункция
Приливы как разновидность абстинентного синдрома
Приливы могут быть рассмотрены как проявление своеобразной «абстиненции» эстроген-чувствительных нейрональных систем, находившихся долгое время в условиях высокого содержания эстрогенов [23]. В самом деле, существует определенная схожесть в симптоматике менопаузы и симптоматике, связанной с абстинентным синдромом в случае болезней зависимости (курение, алкоголизм, наркомания). Например, симптомами абстиненции в случае каннабиноидов являются беспокойство, раздражительность, депрессия, приливы, ночной пот, инсомния и тремор [24, 25]. Многие из этих симптомов также соответствуют и вегето-сосудистой дистонии, и менопаузальной симптоматике.
Не менее чем у 20% пациенток с приливами использование ЗГТ не эффективно и не приводит к уменьшению симптоматики приливов. В контексте абстинентного подхода к объяснению этиологии приливов ЗГТ не будет эффективна, если в составе используемого эстрогенового препарата отсутствует именно та форма эстрогена, которая и вызвала химическую зависимость [25]. Фактом, подтверждающим применимость абстинентного подхода, является провокация приливов при использовании ЗГТ у пациенток с первичной аменореей. Несмотря на крайне низкое содержание эстрогенов у пациенток с различными формами первичной аменореи, у них никогда не бывает приливов. Они появляются только после назначения и отмены гормональной терапии. Удаление яичника у пременопаузальных женщин вызывает быстрое наступление приливов, в то время как женщины с первичной аменореей (гонадальный дисгенез), имеющие низкий уровень эндогенных эстрогенов, не испытывают приливов. Если, однако, женщина с гонадальным дисгенезом пройдет курс ЗГТ в течение нескольких месяцев, а затем прием эстрогенов будет резко прекращен, то приливы появятся [26].
Рассмотрение приливов как разновидности абстинентного синдрома имеет ряд важных последствий для терапии. Во-первых, регулярное и длительное использование пероральных контрацептивов в репродуктивном периоде повышает уровни эстрогеновых производных в крови значительно выше биологически приемлемых норм. В последующем, при наступлении менопаузы, у этой категории женщин может развиваться крайне тяжелая абстиненция, выраженная приливами с симптоматикой, типичной для абстинентного синдрома у больных наркоманией (жар, профузный пот, тремор, чувство полного бессилия после приступа). Во-вторых, инициацию и окончание курса ЗГТ не следует проводить резко. Возможно использование общих принципов лечения химической зависимости, таких как постепенное сокращение дозировки и увеличение интервалов между приемами препаратов. Это также касается и применения других пероральных эстрогеновых препаратов, таких как синтетические контрацептивы.
Гормонально- нейротрансмиттерные механизмы развития приливов
Рис. 1. Предполагаемые гормонально-нейрорегуляторные механизмы, задействованные в этиологии приливов.
Катехоламины и серотонин
Патофизиология приливов и кальцитониноподобный пептид
Кальцитониноподобный пептид широко распространен в центральной и периферической нервной системе, обладает отчетливым вазодилатационным эффектом. Основным источником пептида является место ветвления тройничного нерва, который отвечает за иннервацию кожи и сосудов верхней, средней и нижней части лица. При приливах, как известно, наблюдается внезапное покраснение всего лица за счет расширения сосудов. Прием эстрогенов увеличивает уровни кальцитониноподобного пептида и метионин-энкефалина [34, 35] именно в преоптической зоне гипоталамуса [36, 37]. Преоптическая зона располагается вблизи двух анастомозов сосудистых сплетений гипоталамуса. Нормальной терморегуляции соответствует достаточный кровоток через эти сплетения; при нарушении терморегуляции кровоток снижен. Результаты исследования 13 женщин с приливами и 13 здоровых (контроль) показали, что суточная экскреция кальцитониноподобного пептида с мочой была значительно выше у женщин с приливами. Повышенная экскреция пептида с мочой позволяет предположить, что именно этот пептид может являться специфическим медиатором вазодилатации при приливах [38]. Это предположение напрямую подтверждается исследованием 8 женщин с вазомоторными синдромами, у которых проводили круглосуточное мониторирование биохимических параметров крови. Уровни кальцитониноподобного пептида и нейропептида Y повышаются во время прилива (на 73 и 34% соответственно) [39]. Прием эстрогенов может способствовать нормализации базальных уровней кальцитониноподобного пептида [40]. Особенно важно, что кальцитониноподобный пептид взаимосвязан с энергетическим метаболизмом. На энергетический метаболизм также влияет и Клималанин (см. далее). В исследовании 45 женщин в менопаузе уровни кальцитониноподобного пептида коррелировали с уровнями инсулина [41]. Низкие уровни пептида нарушают вазодилатационный эффект инсулина [42]. Пептид стимулирует базальную секрецию инсулина и глюкагона [43].
Механизмы воздействия препарата Клималанин
Рис. 2. α-Аланин (слева) и β-аланин (справа).
β-Аланин используется для уменьшения мышечной утомляемости при повышенных физических нагрузках. При типичной разовой дозировке от 400 до 800 мг (или от 0,4-0,8 г) β-аланин в спортивной медицине принимают с интервалами до 8 ч в течение нескольких недель [44]. После 10-недельного приема β-аланина содержание дипептида карнозина увеличивается в среднем на 80% [45].
В организме β-аланин образуется в результате деградации дигидроурацила (метаболизм нуклеотидов) и карнозина. β-Аланин необходим для синтеза карнозина и пантотеновой кислоты. β-Аланин также является агонистом глициновых рецепторов головного мозга. Принятый непосредственно в момент приливов β-аланин противодействует резкому высвобождению гистамина и брадикинина из тучных клеток, способствующих быстрому расширению сосудов кожи и покраснению. При этом β-аланин не блокирует Н1-рецепторы к гистамину и не обладает эффектами, присущими Н1-гистаминоблокаторам, в том числе и побочными (сухость во рту, сонливость и т.д.). Противодействие высвобождению гистаминолибераторов происходит по пути прямого стабилизирующего действия β-аланина на мембраны тучных клеток.
Эти механизмы воздействия β-аланина рассматриваются более подробно ниже.
Рис. 3. Глициновые рецепторы действуют как лигандуправляемые ионные каналы. Связывание глицина (или β-аланина) рецептором увеличивает поток хлоридионов через плазматическую мембрану нейрона.
Большая плотность глициновых рецепторов обнаружена не только в структурах ствола, но и в коре больших полушарий, мозжечке, стриатуме, ядрах гипоталамуса. Основная масса глицина сосредоточена в спинном мозге, где аминокислота опосредует постсинаптическое торможение моторных нейронов. Поэтому глицин как препарат используется в неврологической практике для устранения повышенного мышечного тонуса и тремора. Генетически обусловленные дефекты глициновых рецепторов связаны с повышенным мышечным тонусом, акинезией и крайне обостренной реакцией на стимулы. С другой стороны, активация глициновых рецепторов оказывает седативное, транквилизирующее и антидепрессивное действие, усиливает действие противосудорожных препаратов, антидепрессантов, улучшает память и ассоциативные процессы. Особенно важно назначение глицина для смягчения абстинентного синдрома у алкоголиков, снятия симптоматики тремора. Представляет интерес тот факт, что глициновые рецепторы также взаимодействуют с генистеином, одним из активных компонентов соевых экстрактов. Как было отмечено ранее, соевые экстракты значительно способствуют ослаблению симптоматики приливов [16, 17].
Рис. 4. Предлагаемые механизмы терапевтического воздействия препарата Клималанин при приливах.
«Препарат Клималанин выпускают в таблетках по 400 мг, применяют внутрь по 1-2 таблетки в сутки. Доза может быть увеличена до 3 таблеток в сутки (1200 мг β-аланина). Длительность лечения составляет 5-10 дней, до исчезновения «приливов». При возобновлении симптомов следует провести повторный курс лечения. Клималанин может реализовывать быстрый и медленный ответы на прием препарата у пациентов. Начало реализации быстрого ответа исчисляется от нескольких до 15-30 мин. Быстрый ответ Клималанина опосредован прямым взаимодействием β-аланина на глициновые рецепторы преоптической области гипоталамуса, что приведет к торможению избыточной активности терморегуляторного центра. За счет накопления карнозина и пантотеновой кислоты в клетках, постепенной стабилизации энергетического метаболизма при длительном приеме β-аланина не исключено развитие накопительного защитного эффекта, предотвращающего приливы. Этот аспект может быть очень перспективным в плане дальнейшего изучения действия препарата. Энергетическая стабильность способствует увеличению резервов адаптации организма женщины к пониженному уровню эстрогенов. Именно поэтому препарат Клималанин может быть рекомендован женщинам с приливами в период менопаузы в качестве монотерапии, а также в составе комплексной терапии с эстрогенами для уменьшения дозы последних. Особенно следует подчеркнуть, что применение Клималанина у пациенток с генетической предрасположенностью к приливам (нуклеотидные полиморфизмы генов CYP1B1, CYP19, ERbeta и Eralpha) является высокоэффективным средством из разряда так называемой персонализированной медицины [58].
Заключение
ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ
ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ, периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю. Все крупные акватории, включая океаны, моря и озера, в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя на озерах они невелики.
Самый высокий уровень воды, наблюдаемый за сутки или половину суток во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива – малой водой, а момент достижения этих предельных отметок уровня – стоянием (или стадией) соответственно прилива или отлива. Средний уровень моря – условная величина, выше которой расположены отметки уровня во время приливов, а ниже – во время отливов. Это результат осреднения больших рядов срочных наблюдений. Средняя высота прилива (или отлива) – осредненная величина, рассчитанная по большой серии данных об уровнях полных или малых вод. Оба этих средних уровня привязаны к местному футштоку.
Вертикальные колебания уровня воды во время приливов и отливов сопряжены с горизонтальными перемещениями водных масс по отношению к берегу. Эти процессы осложняются ветровым нагоном, речным стоком и другими факторами. Горизонтальные перемещения водных масс в береговой зоне называют приливными (или приливо-отливными) течениями, тогда как вертикальные колебания уровня воды – приливами и отливами. Все явления, связанные с приливами и отливами, характеризуются периодичностью. Приливные течения периодически меняют направление на противоположное, тогда как океанические течения, движущиеся непрерывно и однонаправленно, обусловлены общей циркуляцией атмосферы и охватывают большие пространства открытого океана.
В переходные интервалы от прилива к отливу и наоборот трудно установить тренд приливного течения. В это время (не всегда совпадающее со стоянием прилива или отлива) вода, как говорят, «застаивается».
Приливы и отливы циклически чередуются в соответствии с изменяющейся астрономической, гидрологической и метеорологической обстановкой. Последовательность фаз приливов и отливов определяется двумя максимумами и двумя минимумами в суточном ходе.
Объяснение происхождения приливообразующих сил.
Хотя Солнце играет существенную роль в приливо-отливных процессах, решающим фактором их развития служит сила гравитационного притяжения Луны. Степень воздействия приливообразующих сил на каждую частицу воды, независимо от ее местоположения на земной поверхности, определяется законом всемирного тяготения Ньютона. Этот закон гласит, что две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс обеих частиц и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом подразумевается, что чем более масса тел, тем больше возникающая между ними сила взаимного притяжения (при одинаковой плотности меньшее тело создаст меньшее притяжение, чем большее). Закон также означает, что чем больше расстояние между двумя телами, тем меньше между ними притяжение. Поскольку эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя телами, в определении величины приливообразующей силы фактор расстояния играет значительно бóльшую роль, чем массы тел.
Гравитационное притяжение Земли, действующее на Луну и удерживающее ее на околоземной орбите, противоположно силе притяжения Земли Луной, которая стремится сместить Землю по направлению к Луне и «приподнимает» все объекты, находящиеся на Земле, в направлении Луны. Точка земной поверхности, расположенная непосредственно под Луной, удалена всего на 6400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. Кроме того, масса Земли в 81,3 раза больше массы Луны. Таким образом, в этой точке земной поверхности притяжение Земли, действующее на любой объект, приблизительно в 300 тыс. раз больше притяжения Луны. Распространено представление, что вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности, однако, поскольку притяжение Луны столь мало в сравнении с притяжением Земли, его было бы недостаточно, чтобы поднять столь огромный вес.
Тем не менее океаны, моря и большие озера на Земле, будучи крупными жидкими телами, свободны перемещаться под действием силы бокового смещения, и любая слабая тенденция к сдвигу по горизонтали приводит их в движение. Все воды, не находящиеся непосредственно под Луной, подчиняются действию составляющей силы притяжения Луны, направленной тангенциально (касательно) к земной поверхности, как и ее составляющей, направленной вовне, и подвергаются горизонтальному смещению относительно твердой земной коры. В результате возникает течение воды из прилегающих районов земной поверхности по направлению к месту, находящемуся под Луной. Результирующее скопление воды в точке под Луной образует там прилив. Собственно приливная волна в открытом океане имеет высоту лишь 30–60 см, но она значительно увеличивается при подходе к берегам материков или островов.
За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки под Луной происходят соответствующие отливы воды в двух других точках, удаленных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли. Интересно отметить, что понижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повышением уровня моря не только на стороне Земли, обращенной к Луне, но и на противоположной стороне. Этот факт тоже объясняется законом Ньютона. Два или несколько объектов, расположенные на разных расстояниях от одного и того же источника тяготения и подвергающиеся, следовательно, ускорению силы тяжести разной величины, перемещаются относительно друг друга, поскольку ближайший к центру тяготения объект сильнее всего притягивается к нему. Вода в подлунной точке испытывает более сильное притяжение к Луне, чем Земля под ней, но Земля, в свою очередь, сильнее притягивается к Луне, чем вода, на противоположной стороне планеты. Таким образом, возникает приливная волна, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на противоположной – обратной. Первая из них всего на 5% выше второй.
Благодаря вращению Луны по орбите вокруг Земли между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит примерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива ок. 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приливными (или лунными) сутками.
Неравенства величин прилива.
Приливо-отливные процессы очень сложны, поэтому, чтобы разобраться в них, необходимо принимать во внимание многие факторы. В любом случае главные особенности будут определяться: 1) стадией развития прилива относительно прохождения Луны; 2) амплитудой прилива и 3) типом приливных колебаний, или формой кривой хода уровня воды. Многочисленные вариации в направлении и величине приливообразующих сил порождают разницу в величинах утренних и вечерних приливов в данном порту, а также между одними и теми же приливами в разных портах. Эти различия называются неравенствами величин прилива.
Полусуточный эффект.
Обычно в течение суток благодаря основной приливообразующей силе – вращению Земли вокруг своей оси – образуются два полных приливных цикла. Если смотреть со стороны Северного полюса эклиптики, то очевидно, что Луна вращается вокруг Земли в том же направлении, в каком Земля вращается вокруг своей оси, – против часовой стрелки. При каждом следующем обороте данная точка земной поверхности вновь занимает позицию непосредственно под Луной несколько позже, чем при предыдущем обороте. По этой причине и приливы и отливы каждый день запаздывают приблизительно на 50 мин. Эта величина называется лунным запаздыванием.
Полумесячное неравенство.
Этому основному типу вариаций присуща периодичность примерно в 14 3 /4 суток, что связано с вращением Луны вокруг Земли и прохождением ею последовательных фаз, в частности сизигий (новолуний и полнолуний), т.е. моментов, когда Солнце, Земля и Луна располагаются на одной прямой. До сих пор мы касались только приливообразующего воздействия Луны. Гравитационное поле Солнца также действует на приливы, однако, хотя масса Солнца намного больше массы Луны, расстояние от Земли до Солнца настолько превосходит расстояние до Луны, что приливообразующая сила Солнца составляет менее половины приливообразующей силы Луны. Однако, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой как по одну сторону от Земли, так и по разные (в новолуние или полнолуние), силы их притяжения складываются, действуя вдоль одной оси, и происходит наложение солнечного прилива на лунный. Подобным же образом притяжение Солнца усиливает отлив, вызванный воздействием Луны. В результате приливы становятся выше, а отливы ниже, чем если бы они были вызваны только притяжением Луны. Такие приливы называются сизигийными.
Когда векторы силы притяжения Солнца и Луны взаимно перпендикулярны (во время квадратур, т.е. когда Луна находится в первой или последней четверти), их приливообразующие силы противодействуют, поскольку прилив, вызванный притяжением Солнца, накладывается на отлив, вызванный Луной. В таких условиях приливы не столь высоки, а отливы – не столь низки, как если бы они были обусловлены только силой притяжения Луны. Такие промежуточные приливы и отливы называются квадратурными. Диапазон отметок полных и малых вод в этом случае сокращается приблизительно в три раза по сравнению с сизигийным приливом. В Атлантическом океане как сизигийные, так и квадратурные приливы обычно запаздывают на сутки по сравнению с соответствующей фазой Луны. В Тихом океане такое запаздывание составляет лишь 5 ч. В портах Нью-Йорк и Сан-Франциско и в Мексиканском заливе сизигийные приливы на 40% выше квадратурных.
Лунное параллактическое неравенство.
Период колебаний высот приливов, возникающий за счет лунного параллакса, составляет 27 1 /2 суток. Причина этого неравенства состоит в изменении расстояния Луны от Земли в процессе вращения последней. Из-за эллиптической формы лунной орбиты приливообразующая сила Луны в перигее на 40% выше, чем в апогее. Этот расчет справедлив для порта Нью-Йорк, где эффект пребывания Луны в апогее или перигее обычно запаздывает примерно на 1 1 /2 суток относительно соответствующей фазы Луны. Для порта Сан-Франциско разница в высотах приливов, обусловленная нахождением Луны в перигее или апогее, составляет только 32%, и они следуют за соответствующими фазами Луны с запаздыванием на двое суток.
Суточное неравенство.
Период этого неравенства составляет 24 ч 50 мин. Причины его возникновения – вращение Земли вокруг своей оси и изменение склонения Луны. Когда Луна находится вблизи небесного экватора, два прилива в данные сутки (а также два отлива) слабо различаются, и высоты утренних и вечерних полных и малых вод весьма близки. Однако с увеличением северного или южного склонения Луны утренние и вечерние приливы одного и того же типа различаются по высоте, и, когда Луна достигает наибольшего северного или южного склонения, эта разница максимальна. Известны также тропические приливы, называемые так из-за того, что Луна находится почти над Северным или Южным тропиками.
Суточное неравенство существенно не влияет на высоты двух последовательных отливов в Атлантическом океане, и даже его воздействие на высоты приливов мало по сравнению с общей амплитудой колебаний. Однако в Тихом океане суточная неравномерность проявляется в уровнях отливов втрое сильнее, чем в уровнях приливов.
Полугодовое неравенство.
Его причиной является обращение Земли вокруг Солнца и соответствующее изменение склонения Солнца. Дважды в год в течение нескольких суток во время равноденствий Солнце находится близ небесного экватора, т.е. его склонение близко к 0°. Луна также располагается вблизи небесного экватора приблизительно в течение суток каждые полмесяца. Таким образом, во время равноденствий существуют периоды, когда склонения и Солнца и Луны приблизительно равны 0°. Суммарный приливообразующий эффект притяжения этих двух тел в такие моменты наиболее заметно проявляется в районах, расположенных вблизи земного экватора. Если в то же самое время Луна находится в фазе новолуния или полнолуния, возникают т.н. равноденственные сизигийные приливы.
Солнечное параллактическое неравенство.
Период проявления этого неравенства составляет один год. Его причиной служит изменение расстояния от Земли до Солнца в процессе орбитального движения Земли. Один раз за каждый оборот вокруг Земли Луна находится на кратчайшем от нее расстоянии в перигее. Один раз в год, примерно 2 января, Земля, двигаясь по своей орбите, также достигает точки наибольшего приближения к Солнцу (перигелия). Когда эти два момента наибольшего сближения совпадают, вызывая наибольшую суммарную приливообразующую силу, можно ожидать более высоких уровней приливов и более низких уровней отливов. Подобно этому, если прохождение афелия совпадает с апогеем, возникают менее высокие приливы и менее глубокие отливы.
Методы наблюдений и прогноз высоты приливов.
Измерение уровней приливов осуществляется при помощи устройств различных типов.
Футшток
– это обычная рейка с нанесенной на нее шкалой в сантиметрах, прикрепляемая вертикально к пирсу или к опоре, погруженной в воду так, что нулевая отметка находится ниже наиболее низкого уровня отлива. Изменения уровня считывают непосредственно с этой шкалы.
Поплавковый футшток.
Такие футштоки используются там, где постоянное волнение или мелководная зыбь затрудняют определение уровня по неподвижной шкале. Внутри защитного колодца (полой камеры или трубы), вертикально установленного на морском дне, помещается поплавок, который соединен с указателем, закрепленным на неподвижной шкале, или пером самописца. Вода проникает в колодец сквозь небольшое отверстие, расположенное значительно ниже минимального уровня моря. Его приливные изменения через поплавок передаются на измерительные приборы.
Гидростатический самописец уровня моря.
На определенной глубине размещается блок резиновых мешков. По мере изменения высоты прилива (слоя воды) меняется гидростатическое давление, которое фиксируется измерительными приборами. Автоматические регистрирующие устройства (мареографы) также могут применяться для получения непрерывной записи приливо-отливных колебаний в любой точке.
Таблицы приливов.
При составлении таблиц приливов используются два основных метода: гармонический и негармонический. Негармонический метод всецело базируется на результатах наблюдений. Кроме того, привлекаются характеристики портовых акваторий и некоторые основные астрономические данные (часовой угол Луны, время ее прохождения через небесный меридиан, фазы, склонения и параллакс). После внесения поправок на перечисленные факторы расчет момента наступления и уровня прилива для любого порта является чисто математической процедурой.
Гармонический метод является отчасти аналитическим, а отчасти основан на данных наблюдений за высотами приливов, проводившихся в течение по меньшей мере одного лунного месяца. Для подтверждения этого типа прогнозов для каждого порта необходимы длительные ряды наблюдений, поскольку за счет таких физических явлений, как инерция и трение, а также сложной конфигурации берегов акватории и особенностей рельефа дна возникают искажения. Поскольку приливо-отливным процессам присуща периодичность, к ним применяется анализ гармонических колебаний. Наблюдаемый прилив рассматривается как результат сложения серии простых составляющих волн прилива, каждая из которых вызвана одной из приливообразующих сил или одним из факторов. Для полного решения используется 37 таких простых составляющих, хотя в некоторых случаях дополнительные компоненты сверх 20 основных пренебрежимо малы. Одновременная подстановка 37 констант в уравнение и собственно его решение осуществляется на компьютере.
Приливы на реках и течения.
Взаимодействие приливов и речных течений хорошо заметно там, где крупные реки впадают в океан. Высота приливов в бухтах, устьях рек и эстуариях может существенно возрастать в результате увеличения стока в маргинальных потоках, особенно во время половодий. Вместе с тем океанические приливы проникают далеко вверх по рекам в виде приливных течений. Например, на р.Гудзон приливная волна заходит на расстояние 210 км от устья. Приливные течения обычно распространяются вверх по реке до труднопреодолимых водопадов или порогов. Во время приливов течения в реках отличаются бóльшими скоростями, чем во время отливов. Максимальные скорости приливных течений достигают 22 км/ч.
Когда вода, приходящая в движение под воздействием прилива большой высоты, ограничена в своем перемещении узким руслом, образуется довольно крутая волна, которая единым фронтом перемещается вверх по потоку. Это явление называется приливной волной, или бором. Такие волны наблюдаются на реках гораздо выше устьев, где сочетание силы трения и течения реки в наибольшей степени препятствует распространению прилива. Известно явление формирования бора в заливе Фанди в Канаде. Около Монктона (пров. Нью-Брансуик) р.Птикодиак впадает в бухту Фанди, образуя маргинальный поток. В малую воду его ширина 150 м, и он пересекает полосу осушки. Во время прилива стена воды протяженностью 750 м и высотой 60–90 см шипящим и бурлящим вихрем устремляется вверх по реке. Самый большой из известных боров высотой 4,5 м формируется на р.Фучуньцзян, впадающей в залив Ханьчжоу. См. также БОР.
Реверсивный водопад
(меняющий направление на противоположное) – это еще одно явление, связанное с приливами на реках. Типичный пример – водопад на р.Сент-Джон (пров. Нью-Брансуик, Канада). Здесь по узкому ущелью вода во время прилива проникает в котловину, расположенную выше уровня малой воды, однако несколько ниже уровня полной воды в этой же теснине. Таким образом, возникает преграда, перетекая через которую вода образует водопад. Во время отлива сток воды устремляется вниз по течению через суженный проход и, преодолевая подводный уступ, образует обычный водопад. Во время прилива проникшая в ущелье крутая волна обрушивается водопадом в вышележащую котловину. Попятное течение продолжается до тех пор, пока уровни воды по обе стороны порога не сравняются и не начнется отлив. Затем опять восстанавливается водопад, обращенный вниз по течению. Средний перепад уровня воды в ущелье составляет ок. 2,7 м, однако при самых высоких приливах высота прямого водопада может превысить 4,8 м, а реверсивного – 3,7 м.
Наибольшие амплитуды приливов.
Самый высокий в мире прилив формируется в условиях сильного течения в бухте Минас в заливе Фанди. Приливные колебания здесь характеризуются нормальным ходом с полусуточным периодом. Уровень воды во время прилива часто поднимается за шесть часов более чем на 12 м, а затем в течение последующих шести часов понижается на ту же величину. Когда воздействие сизигийного прилива, положение Луны в перигее и максимальное склонение Луны приходятся на одни сутки, уровень прилива может достигать 15 м. Такая исключительно большая амплитуда приливо-отливных колебаний отчасти обусловлена воронкообразной формой залива Фанди, где глубины уменьшаются, а берега сближаются по направлению к вершине залива.
Ветер и погода.
Ветер оказывает существенное влияние на приливо-отливные явления. Ветер с моря нагоняет воду в сторону берега, высота прилива увеличивается сверх обычной, и при отливе уровень воды тоже превосходит средний. Напротив, при ветре, дующем с суши, вода сгоняется от берега, и уровень моря понижается.
За счет повышения атмосферного давления над обширной акваторией происходит понижение уровня воды, так как добавляется наложенный вес атмосферы. Когда атмосферное давление возрастает на 25 мм рт. ст., уровень воды понижается приблизительно на 33 см. Понижение атмосферного давления вызывает соответствующее повышение уровня воды. Следовательно, резкое падение атмосферного давления в сочетании с ветром ураганной силы способно вызвать заметный подъем уровня воды. Подобные волны, хотя и называются приливными, на самом деле не связаны с воздействием приливообразующих сил и не обладают периодичностью, характерной для приливо-отливных явлений. Формирование упомянутых волн может быть сопряжено либо с ветрами ураганной силы, либо с подводными землетрясениями (в последнем случае они называются сейсмическими морскими волнами, или цунами).
Использование энергии приливов.
Разработаны четыре метода использования энергии приливов, но наиболее практичным из них является создание системы приливных бассейнов. При этом колебания уровня воды, связанные с приливо-отливными явлениями, используются в системе шлюзов так, что постоянно поддерживается перепад уровней, позволяющий получать энергию. Мощность приливных электростанций непосредственно зависит от площади бассейнов-ловушек и потенциального перепада уровней. Последний фактор, в свою очередь, является функцией амплитуды приливо-отливных колебаний. Достижимый перепад уровней, безусловно, наиболее важен для производства электроэнергии, хотя стоимость сооружений зависит от площади бассейнов. В настоящее время крупные приливные электростанции действуют в России на Кольском п-ове и в Приморье, во Франции в эстуарии р.Ранс, в Китае близ Шанхая, а также в других районах земного шара.
| СВЕДЕНИЯ О ПРИЛИВАХ В НЕКОТОРЫХ ПОРТАХ МИРА | ||||
| Порт | Интервал между приливами | Средняя высота прилива, м | Высота сизигийного прилива, м | |
| ч | мин | |||
| м. Моррис-Джесеп, Гренландия, Дания | 10 | 49 | 0,12 | 0,18 |
| Рейкьявик, Исландия | 4 | 50 | 2,77 | 3,66 |
| р. Коксоак, Гудзонов пролив, Канада | 8 | 56 | 7,65 | 10,19 |
| Сент-Джонс, Ньюфаундленд, Канада | 7 | 12 | 0,76 | 1,04 |
| Барнтко, залив Фанди, Канада | 0 | 09 | 12,02 | 13,51 |
| Портленд, шт. Мэн, США | 11 | 10 | 2,71 | 3,11 |
| Бостон, шт. Массачусетс, США | 11 | 16 | 2,90 | 3,35 |
| Нью-Йорк, шт. Нью-Йорк, США | 8 | 15 | 1,34 | 1,62 |
| Балтимор, шт. Мэриленд, США | 6 | 29 | 0,33 | 0,40 |
| Майами-Бич, шт. Флорида, США | 7 | 37 | 0,76 | 0,91 |
| Галвестон, шт. Техас, США | 5 | 07 | 0,30 | 0,43* |
| о. Марака, Бразилия | 6 | 00 | 6,98 | 9,15 |
| Рио-де-Жанейро, Бразилия | 2 | 23 | 0,76 | 1,07 |
| Каллао, Перу | 5 | 36 | 0,55 | 0,73 |
| Бальбоа, Панама | 3 | 05 | 3,84 | 5,00 |
| Сан-Франциско, шт. Калифорния, США | 11 | 40 | 1,19 | 1,74* |
| Сиэтл, шт.Вашингтон, США | 4 | 29 | 2,32 | 3,45* |
| Нанаймо, пров.Британская Колумбия, Канада | 5 | 00 | . | 3,42* |
| Ситка, шт.Аляска, США | 0 | 07 | 2,35 | 3,02* |
| Санрайз, залив Кука, шт. Аляска, США | 6 | 15 | 9,24 | 10,16 |
| Гонолулу, шт. Гавайи, США | 3 | 41 | 0,37 | 0,58* |
| Папеэте, о. Таити, Французская Полинезия | . | . | 0,24 | 0,33 |
| Дарвин, Австралия | 5 | 00 | 4,39 | 6,19 |
| Мельбурн, Австралия | 2 | 10 | 0,52 | 0,58 |
| Рангун, Мьянма | 4 | 26 | 3,90 | 4,97 |
| Занзибар, Танзания | 3 | 28 | 2,47 | 3,63 |
| Кейптаун, ЮАР | 2 | 55 | 0,98 | 1,31 |
| Гибралтар, влад. Великобритании | 1 | 27 | 0,70 | 0,94 |
| Гранвиль,Франция | 5 | 45 | 8,69 | 12,26 |
| Лит, Великобритания | 2 | 08 | 3,72 | 4,91 |
| Лондон, Великобритания | 1 | 18 | 5,67 | 6,56 |
| Дувр, Великобритания | 11 | 06 | 4,42 | 5,67 |
| Эйвонмут, Великобритания | 6 | 39 | 9,48 | 12,32 |
| Рамси, о. Мэн, Великобритания | 10 | 55 | 5,25 | 7,17 |
| Осло, Норвегия | 5 | 26 | 0,30 | 0,33 |
| Гамбург, Германия | 4 | 40 | 2,23 | 2,38 |
| * Суточная амплитуда прилива. | ||||
Шулейкин В.В. Физика моря. М., 1968
Гарвей Дж. Атмосфера и океан. М., 1982
Дрейк Ч., Имбри Дж., Кнаус Дж., Турекиан К. Океан сам по себе и для нас. М., 1982